Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Yarı yağı alınmış bir balina balinasının kemik morfolojisi, bilgisayar tarafından üç boyutlu (3D) modeller oluşturmak için bir DSLR kamera ile fotogrametri ile belgelendi ve bunlar, görüntüleme ve eğitim amaçlı orijinalin yarı boyutlu kopyaları olarak 3D olarak basıldı.
Deniz memelilerinin, özellikle balina balinalarının, iskeletlerinin hazırlanması, yüksek lipid içeriği ve nadir boyutları nedeniyle büyük bir zorluk teşkil etmektedir. İskelet morfolojisinin belgelenmesi, hem araştırma hem de eğitim amaçlı doğru ve güvenilir modeller üretmek için önemlidir. Bu yazıda, 2014 yılında Hong Kong sularında mahsur kalan 10,8 metre uzunluğundaki Omura balinasını illüstrasyon için bir örnek olarak kullandık. Bu nadir ve muazzam örnek, iskeleti araştırma ve halka açık sergileme için elde etmek üzere etinden arındırıldı, yumuşatıldı ve güneşte kurutuldu. Her kemiğin morfolojisi daha sonra fotogrametri ile belgelendi. İskeletin karmaşık konturu, otomatik fotoğraf çekimini yetersiz hale getirdi ve farklı boyut ve şekillerdeki kemikler üzerinde 3 manuel yöntem kullanıldı. Yakalanan fotoğraflar, 166 ayrı kemiğin üç boyutlu (3D) modellerini oluşturmak için işlendi. İskelet, teşhir amacıyla polilaktik asit ile yarı boyutta basıldı, bu da bakımı yüksek kalıntı yağ içeriğine sahip gerçek deniz memelisi kemiklerinden daha kolaydı. Basılı kemikler, eğilen rostral bölge ve Ce1 ile eklemlenen kaudal kondiler faset dahil olmak üzere örneğin çoğu anatomik özelliğini yansıtıyordu, ancak Balaenoptera omurai'nin tanısal karakteri olan parieto-skuamöz sütür üzerindeki foramina ve lateral kenarın arka ucunda frontal kemik üzerinde girintili bir oluk net bir şekilde sunulmadı. Modellerin hassasiyetini artırmak için titiz detaylara sahip alanlarda ekstra fotoğraf çekimleri veya 3D yüzey taraması yapılmalıdır. 3D iskeletin elektronik dosyaları, küresel bir izleyici kitlesine ulaşmak ve dünya çapındaki araştırmacılar arasında bilimsel işbirliğini kolaylaştırmak için çevrimiçi olarak yayınlandı.
Deniz memelilerinin karaya vurması, yaşam öyküleri, biyolojik sağlıkları ve profillerinin yanı sıra antropojenik eylemlerin ekosistem üzerindeki etkisi hakkında bilgi edinmek için değerli fırsatlar sunar. Üç boyutlu (3D) gösterim ve modelleme, biyomekanik hesaplamalar için kullanılabilecek morfometrik ölçümlerin doğru bir şekilde temsil edilmesini sağlar ve çeşitli fizyolojik davranışlar hakkında bilgi verir1. Morfolojik adaptasyonlar, bu hayvanların okyanusta hayatta kalmasına izin verirken, karaya oturmuş deniz memelilerinde gözlemlenen bazı patolojiler, biyolojik sağlıklarını ve profillerini, antropojenik ve antropojenik olmayan durumları veya ölüm nedenlerini ortaya çıkarabilir 2,3. Kemik lezyonu ve ardından travmatik çarpışma, hayvanların muazzam su altı basıncı altında sürekli yüzmeleri gerektiğinden iyileşmeden kalabilir4. Deniz memelilerinde, kompresyon ve ölümcül olmayan gaz embolisi, kemiklere giden kan akışını azaltabilir ve barotravmalara neden olabilir5. Olumsuz kemik yeniden şekillenmesi, hem ağrı hem de avlanma veya diğer tehditler üzerine hayatta kalmalarını tehlikeye atan omurga hareketliliğinin azalmasına neden olabilir. Dünya çapında deniz memelilerinde mortalite ve morbidite raporlamasındaki artışlar da okyanus sağlığındaki olası düşüşü göstermiştir 6,7. Okyanusun önemini ve insan sağlığı ile deniz memelisi ve ekosistem sağlığı arasındaki ayrılmaz bağları kabul etmek, 'Tek Okyanus - Tek Sağlık' araştırma paradigmasına yol açmıştır8.
31 Mart 2014'te, bir Omura balinası (Balaenoptera omurai), Hong Kong'daki Hung Shek Mun, Plover Cove Country Park yakınlarında mahsur kaldı. 10.8 metrelik yetişkin bir dişiydi ve ilk kez 2003 yılında keşfedildiğinden beri Hint-Pasifik bölgesinde bu türlerden sadece birkaçı bulundu9. Bu büyüklükte bir balinanın karaya vurması Hong Kong'da yaygın değildir, bu nedenle bu olay iskeleti araştırma ve eğitim amaçlı koruma fırsatı sundu. Kuşak vuran hayvan, keşif yerinde parçalara ayrıldı ve etleri çıkarıldı, dış kasların ve iç organların çoğu çıkarıldı. Brüt nekropsi, karkasın ileri bir otoliz durumunda olduğunu, ancak vücudu çaprazlayan çok sayıda derin yırtılmaya sahip olduğunu, bunların en şiddetlisinin sağ göğüs yüzgeci üzerinde merkezlendiğini ve kemik boyunca uzanan derin bir enine yırtılma olduğunu ortaya çıkardı ve dolaşıklık kanıtlarının gözlemlenen bir mortalite durumu ile belirli bir dereceye kadar kendinden emin bir bağlantı olduğunu gösterdi. İskelet kalıntıları, Hong Kong Özel İdari Bölgesi Hükümeti Tarım, Balıkçılık ve Koruma Departmanı tarafından Lantau adasındaki bir yere taşındı ve burada yumuşak dokuları tüketmek için kurtçuklar kullanıldı. Kemikler elle ovma ile 2 ay boyunca su maserasyonu ile yağdan arındırıldı. Önemli miktarda kemik yağı çıkarılmasına rağmen, iskelet, özellikle kafatası ve kaburga kenarları kahverengi renkte kaldı. Artık yağın çıkarılması zordu ve tedavi edilmezse kemirgenleri çeker, bozulur ve numuneyi sunum için uygun hale getirirdi. Mükemmel koruma koşullarında bile, hayvan kemikleri hala tozda yaşayan çeşitli mikroorganizmalar tarafından parçalanabilir10. Yarı yağdan arındırılmış iskeletin morfolojisinin dijital olarak belgelenmesine ve ardından orijinalin sıhhi bir kopyası olarak dayanıklı malzemelerle 3D olarak basılmasına karar verildi.
Biyolojik numune 3D modelleri, tıbbi görüntüleme, yüzey taraması ve fotogrametri dahil olmak üzere çeşitli yollarla oluşturulabilir. Bilgisayarlı Tomografi (BT) ve Manyetik Rezonans Görüntüleme gibi tıbbi görüntüleme yöntemleri, hem dış hem de iç özellikleri içeren, ancak renk ve dokudan yoksun çok düzlemli görüntüler üretir. BT, çeşitli türlerin parazit, balya ve kafatasının anatomisini veya patolojisini belgelemek için kullanılmış ve hareket, yiyecek arama ve nörogelişimdeki benzersiz adaptasyonlarını ortaya koymuştur 11,12,13,14,15,16. Yüzey tarama, bir yüzey modeli oluşturmak için yansıma deseninin trigonometrik üçgenleme ile geometrik verilere dönüştürüldüğü nesne üzerine lazer veya yapı ışığı yansıtır. Fotogrametri, hedefin hafifçe örtüşen bir dizi fotoğrafını kaydeder. Ya kamera nesnenin etrafında döner ya da çekim sırasında nesne bir döner tabla üzerinde döndürülür. İşlem, alt tarafı da aynı şekilde yakalamak için nesne ters çevrilmeden önce farklı kamera açıları ve yükseklikleri ile tekrarlanır. Fotoğraflar, nokta bulutları oluşturmak için 3B uzaydaki her özelliğin konumunu ve mesafesini hesaplayan bir modelleme yazılımına aktarılır. Geometrik bilgiler, düzenlenebilen ve üretilebilen çokgen ağlar oluşturmak için nokta bulutlarının üçgenlenmesiyle işlenir. 3D rekonstrüksiyon, taranan yüzeylerin ve hacimlerin doğru ölçümlerini yansıtabilir17.
Fotogrametri, düşük ekipman maliyeti, yeterli çıktı kalitesi ve büyük ölçüde değişken boyut ve şekillerdeki kemiklerle başa çıkma esnekliği nedeniyle Omura'nın balina iskeletinin 3D belgelenmesi için uygun bir yaklaşım olarak kabul edildi. Örneğin, balina kafatası 2,6 metre uzunluğundaydı ve bu da lazer 3D yüzey taraması gibi minyatür yöntemleri imkansız hale getirdi. Fotogrametri için gerekli ekipmana kolayca erişilebilir – yalnızca yüksek yakalama çözünürlüğüne (>5 megapiksel) sahip bir dijital kamera ve 3D yüzey taraması için optik veya lazer tarayıcılardan çok daha ucuz olan bir modelleme yazılımı. Ek olarak, 3D yüzey taraması, veri toplama sırasında tarayıcının oldukça yüksek performanslı bir bilgisayara bağlanmasını gerektirir ve her ikisi de bağımsız bir güç kaynağı gerektirir. 3D yüzey taraması, bir güç kaynağı olmadığında, örneğin sınırlı taşınabilirliğe sahip çok büyük numuneler söz konusu olduğunda veya orijinal balina karkasının yerinde taranması gerektiğinde uygulanamaz. Fotogrametri için sadece bir dijital kamera, bir tripod ve döner tabla gibi bir destekleyici aparata ihtiyaç vardır. Bu nedenle fotogrametri, küçük araştırma gruplarının başlaması için yüksek taşınabilirlik ile daha uygun fiyatlı bir seçenektir.
Dijital modeller, 3D baskı ile fiziksel ürünlere dönüştürülür. Erimiş poli-laktik asit (PLA) katmanları, balina iskeletini yeniden üretmek için istiflenir ve katılaşır. Yarı boyutta basılan gerçekçi kopya, halka açık teşhir ve eğitim amaçlı kullanılabilir. Öğrenciler ve genel olarak meslekten olmayanlar için, anatomik modellere dokunmak, hayvanı sadece görsel olarak değil, aynı zamanda duyumla da takdir etmelerine yardımcı olabilir. Genç klinisyenler ve bilim adamları gibi profesyoneller için 2D resimlerden karmaşık yapıları anlamak zor olabilir18. Geleneksel olarak, biyolojik örnekler eğitim yardımcıları haline gelmek için plastinasyona tabi tutulur, ancak süreç oldukça karmaşık, kaynak gerektiren ve zaman alıcıdır. Karkaslar biyolojik tehlikelere sahip olabilir ve her örnekten yalnızca bir model üretilir. 3D dokümantasyon ve baskı, ders kitaplarından veya sanal animasyonlardan daha keyifli etkileşimli deneyimler sunar. Sanal diseksiyon bile somut manipülasyonun faydalarını sağlayamaz ve bu nedenle öğrenciler arasında popüler değildir19. 3D baskı teknolojisi ile, nadir bir örneğin birden fazla kopyası, istenmeyen koku veya kırılma korkusu olmadan çoğaltılabilir, elde tutulabilir ve farklı açılardan yakından incelenebilir20. Ürün özelleştirilebilir, örneğin kolay manipülasyon için küçültülebilir veya estetik illüstrasyon için farklı renklerde basılabilir. 3D modeller, daha fazla çok yönlülük sağlayan kırık veya eksik parçaları geri yüklemek için dijital olarak da düzenlenebilir. 3D dokümantasyon ve baskı, araştırmacılar arasında bilgi paylaşımını da kolaylaştırır. Bir iskelet kalıntısı dijital olarak kaydedilebilir, çevrimiçi olarak paylaşılabilir ve talep üzerine basılabilir. Numuneler "prototip haline getirilebilir" ve özel karantina veya yasal belgeler gerektiren biyolojik bir numune yerine standart bir paket olarak denizaşırı ülkelere dağıtılabilir. Balina kemiklerinin temel ölçümlerini içeren elektronik 3D modeller, dünya çapındaki araştırmacılar arasında bilimsel işbirliklerini kolaylaştırmak için diğer enstitülerle çevrimiçi olarak da paylaşılıyor.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Hazırlık
2. Fotogrametri
3. Modelleme yazılımı ile veri işleme (bkz. Malzeme Tablosu)
İskeletin 4. 3D baskısı
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu çalışmada 166 parça kemik tek tek taranmış ve 1 mm çözünürlüklü 3 boyutlu modeller . STL biçimi. Stereolitografi formatı, 3B yazdırma için yaygın olan renk veya doku olmadan 3B nesnelerin yüzey geometrisini kaydeder. Omura'nın balina iskeletinin tam 3D modeli, halkın erişimi için çevrimiçi olarak yüklendi (https://www.cityu.edu.hk/cvmls/omura). Kafatası, büyük boyutu nedeniyle profesyonel bir 3D yazıcı ile basıldı. İskeletin geri kalanı şirket...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Sergilenecek iskeletler yağsız ve kokusuz olmalıdır. Balina kemikleri herkesin bildiği gibi yağlıdır ve bu da hazırlıklarını son derece zorlaştırır. 1998'de karaya vuran genç bir mavi balinanın iskelet kalıntıları Massachusetts'teki New Bedford Balina Avcılığı Müzesi'nde sergilendi. Profesyoneller tarafından yapılan muazzam tedaviye rağmen, kemikler hoş olmayan bir koku ile sarımsı kaldı ve 20 yılı aşkın bir süredir sürekli olarak yağ sızdırıyor<...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Yazarlar, bu projedeki destekleri için Hong Kong Özel İdari Bölgesi Hükümeti'ne bağlı Hong Kong Polis Gücü Tarım, Balıkçılık ve Koruma Departmanı ile Deniz Bölgesi'ne teşekkür eder. Omura'nın balina iskeletinin etlerinin çıkarılması ve tedavi edilmesi için gösterilen büyük çaba için Hong Kong Şehir Üniversitesi personeline ve öğrencilerine de içten teşekkürlerimizi sunarız. Yazarlar, bu yayın maliyetindeki mali destek için Hong Kong Şehir Üniversitesi Bulaşıcı Hastalıklar ve Halk Sağlığı Bölümü'ne minnetle teşekkür eder. Bu el yazmasının İngilizce düzenlemesi için Dr. Maria Jose Robles Malagamba'ya özel teşekkürler.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
EF 24-70mm 1:2.8 L II USM | Canon | NA | Camera lens |
EOS 5DSR | Canon | NA | Camera |
ideaMaker 3.6.1 | Raise 3D | NA | 3D printing software |
MVKBFRL-LIVEUS | Manfrotto | NA | Camera tripod |
N2 Plus | Raise 3D | NA | 3D printer |
Agisoft Metashape 1.6.4 (Professional Edition) | Agisoft | NA | 3D modeling software |
Poly-lactic acid | Raise 3D | NA | 3D printing material |
Precision 9010 CPU: 2 x Xeon E5-2620 v3 | Dell | NA | Computer |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır